[发明专利]一种新型的带有涡流发生器的椭圆扭曲管换热器

说明书

本发明的带有涡流发生器的椭圆扭曲管换热器，主要由管箱、管板、壳体、换热管、封头等零件组成，其中换热管包含入口直管段、具有椭圆扭曲管结构的外翅片管以及出口直管段；所述换热管，其管内椭圆形的螺旋扭曲通道结构，所述外翅片管，包含椭圆扭曲管以及带有涡流发生器的能与椭圆扭曲管紧密贴合的翅片板；所述翅片板分为上翅片板和下翅片板，两块翅片板通过钎焊工艺，钎焊到椭圆扭曲管上；所述翅片板上的涡流发生器结构可以是三角形、双叶片等形式；所述涡流发生器可以产生涡结构，涡的卷吸作用将主流的高能流体卷吸进入边界层内，并将边界层内低能流体反推出边界层进入主流，完成内外流体的能量交换，使边界层减薄，从而减小热阻。

技术领域

一种新型的带有涡流发生器的椭圆扭曲管换热器，可应用于石油、化工、动力、核能、冶金、制冷、航空航天等工业方面，属于热交换技术领域。

背景技术

近年来，随着能源需求快速增长、陆地油气资源深度开发且迅速枯竭、环境污染加剧等矛盾的日益突出，世界各国对开采和利用海上天然气资源高度重视。而天然气液化工艺是最关键的环节之一，与之配套的海水—混合冷剂换热器更是重点研究方向。

海水—混合冷剂换热器作为混合冷剂液化流程中的关键设备，主要用于多级冷却/冷凝多级压缩介质(混合冷剂)，具有负荷大、能耗影响大等特点，由于可靠性高效换热元件尚未实现国产化，且由于涉及敏感的能源安全问题，西方发达国家一直对我国进行技术封锁，相关设计、制造、检验等技术研究工作亟待展开。

海水—混合冷剂换热器中，基于强化传热技术开发的强化传热管主要有螺旋槽管、螺旋凹槽管、波纹管、内翅管等，这些方法都是通过旋流和扰流元件，改变流体的流动特性，提高传热介质间的混合程度，或者破坏湍流对流换热的边界层。流体在湍流区域时，其核心区的速度场和温度场都相对均匀，此时的热阻主要是靠近流体壁面的边界层的热阻，破坏粘性底层的边界层，从而减小边界层厚度，可以有效的提高传热系数。

综合分析对现有强化传热管的研究，发现研究主要是改变传统传热管的传热面积、增加流体的湍动程度以及破坏流体的边界层等，而在强化传热管中引入涡流发生器，形成涡结构的研究却很少见。

发明内容

针对以上所述问题，本发明提供了一种新型的带有涡流发生器的椭圆扭曲管换热器，其优点在于：流体在管内流动时，其管内椭圆形的螺旋扭曲通道结构，容易使流体在流动过程中产生旋转和二次涡流，从而增加湍流程度，提高换热系数。管外流体做纵向流动，沿外表面在纵向发生周期性的改变，产生旋转运动并周期性的发生物流分离与混合，破坏壁面附近的边界层和污垢。此外，在强化传热管外表面设置的涡流发生器可以产生涡结构，涡的卷吸作用将主流的高能流体卷吸进入边界层内，并将边界层内低能流体反推出边界层进入主流，完成内外流体的能量交换，特别是在冷凝时使边界层减薄的同时还可以降低液膜厚度，从而减小热阻。

为解决上述技术问题，本发明通过如下技术方案来实现：一种新型的带有涡流发生器的椭圆扭曲管换热器，主要由管箱1、管板2、5、壳体3、换热管4、封头6等零件组成。所述换热管4，由入口直管段7、具有椭圆扭曲管12结构的外翅片管9以及出口直管段8构成。所述换热管4的数目以及排列方式可根据实际工况确定。

所述外翅片管9的两端分别连接着入口直管段7和出口直管段8，两侧的直管段和外翅片管9采用光滑过渡。

所述入口直管段7、出口直管段8的直管长度能依据不同工况制作出不同的长度；所述入口直管段7、出口直管段8的截面可以是圆形或椭圆形。

所述外翅片管9包含带有涡流发生器11的翅片板10、13以及椭圆扭曲管12。

所述椭圆扭曲管12的扭曲导程、扭曲长度和扭曲角可以根据实际工况确定。

所述椭圆扭曲管12的截面为椭圆，其管径的长轴和短轴可以根据实际情况确定。